KR970002431Y1 - 링잉 초크 컨버터 - Google Patents

링잉 초크 컨버터 Download PDF

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Abstract

내용없음

Description

링잉 초크 컨버터
제1도는 이 고안에 따른 링잉 초크 컨버터의 일실시예를 나타낸 회로도.
제2도는 주 스위칭 소자와 방전회로 콘버터의 동작 파형도.
제3도는 이 고안에 따른 링잉 초크 컨버터의 다른 실시예를 나타낸 회로도.
제4도는 종래의 링잉 초크 컨버터의 일예를 나타낸 회로도이다.
＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 스위칭부 12 : 출력부
16 : 방전회로 18 : 시정수 회로
Ｃ1: 기생용량 C3, C4, C5: 콘덴서
D1, D2: 다이오드 N1: 1차 권선
N2: 2차 권선 N3: 구동권선
Q3,Q4: 방전용 스위칭 소자 R3, R4, R5: 저항
S : 주 스위칭 소자 T : 변압기
t1, t2: 탭
이 고안은 전자기기등에서 사용하는 여자식 스위칭 전원인 링잉 초크 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주 스위칭 소자로서 전계효과 트랜지스터를 사용하고 변압기의 1차측 또는 2차측에 방전회로를 설치하고, 구동권선에 시정수 회로를 설치하여, 상기 주 스위칭 소자를 제로볼트 스위칭시킴으로써, 전력손실 및 잡음의 저감을 도모한 링잉 초크 컨버터에 관한 것이다.
일반적으로 링잉 초크 컨버터라도 불리는 여자식 스위칭 전원은 구성이 간단하게 되기 때문에, 전자기기내의 소형 전원으로 널리 사용되고 있다. 직류입력을 스위칭하는 주 스위칭 소자에는 종래 바이폴라 트랜지스터를 사용하고 있었으나,
전계효과 트랜지스터는 스위칭 스피드가 빠르고, 오프하는 시간을 빠르게 하여 그 손실을 저감할 수 있는 것,
전계효과 트랜지스터는 구동전력이 작고 구동회로가 간단하게 되는 것, 등의 이유에 의해 최근에는, 전계효과 트랜지스터를 사용하는 것이 많다.
제4도는 주 스위칭 소자로서 전계효과 트랜지스터를 사용한 종래의 대표적인 링잉 초크 컨버터의 일예를 나타낸 회로도이다.
이 링잉 초크 컨버터는 여자발진에 의하여 직류입력을 스위칭하는 스위칭부(10)와, 변압기(T)의 2차측 출력을 정류평활화하는 출력부(12)와, 그 출력을 안정화시키는 제어부(14)로 이루어진다.
스위칭부 (10)는 직류입력(Vin)에 대하여 변압기(T)의 1차 권선(N1)과 주 스위칭 소자(S)를 직렬로 접속하고, 상기 변압기(T)의 구동권선(N3)에 유기하는 전압을 주 스위칭 소자(S)의 게이트에 인가하는 구성이다. 여기서, 기동저항(R1)을 통하여 주 스위칭 소자(S)의 게이트에 정전압이 가해지면, 변압기(T)의 1차 권선(N1)을 통하여 드레인 전류가 흐르고, 동시에 구동권선(N3)에 유기전압이 발생하며, 주 스위칭 소자(S)의 게이트에 정귀환이 걸린다.
이에 따라 주 스위칭 소자(S)는 급속히 온하고, 드레인 전류는 증대한다. 이윽고, 포화영역으로부터 벗어나 변압기(T)의 구동권선(N3)의 유기전압이 감소하면, 드레인 전류도 감소하기 시작하고, 주 스위칭 소자(S)는 급속히 커트 오프상태가 된다.
한편, 주 스위칭 소자(S)의 온 기간중에 변압기(T)에 축적된 에너지는 오프기간중에 2차 권선(N2)을 통하여 방출되고, 정류 다이오드(D)와, 평활 콘덴서(C)로 이루어지는 출력부(12)에서 정류 평활화되어 출력한다. 그리고 다시 스위칭 소자(S)의 게이트에 정전압이 인가되고, 상기 동작이 반복된다.
제4도에 있어서, 트랜지스터(Q1)는 과전류 보호용이고, 과부하등에 의해 드레인 전류가 과대하게 된 경우, 주 스위칭 소자(S)를 오프하여 상기 주 스위칭 소자(S) 및 또 다른 장치를 보호하는 것이다. 과전류 상태의 발생을 주 스위칭 소자(S)의 소오스에 접속한 과전류 검출저항(R2)으로 검지하고, 그 전압강하가 베이스-에미터간의 전압을 넘으면, 과전류 보호용 트랜지스터(Q1)가 도통한다. 제어부(14)는 출력전압(Vout)이 설정값을 넘은 경우에 출력제어 트랜지스터(Q2)를 온하여 주 스위칭 소자(S)의 게이트 전압을 내리고, 상기 주 스위칭 소자(S)를 오프하는 것으로, 출력전압을 안정화시킨다.
상기한 바와 같이, 주 스위칭 소자(S)로서 사용하는 파워 전계효과 트랜지스테에서는 그 구조상 드레인-소오스사이에는 매우 큰 기생용량이 존재하고 있다.(제4도에 부호 C1으로 나타냄). 이 때문에 주 스위칭 소자(S)가 오프시 기생욜량(C71)에 충전되고, 온한 순간에 그에 축적되어 있는 전하가 주 스위칭 소자(S)에 흘러들어가는 현상이 생긴다. 그 때문에 주 스위칭 소자(S)의 전력손실이 증대하고, 동시에 그때의 급한 전류에 의하여 최대한 잡음이 발생하게 되며, 전계효과 토랜지스터를 사용한 이점이 반감해 버리게 된다.
타려 제어방식의 경우에는, 변압기의 1차 권선 양끝단에 콘덴서와 보조 스위칭 소자(전계효과 트랜지스터)를 직렬로 삽입하는 것이 고려된다. 주 스위칭 소자가 오프일 때 이 보조 스위칭 소자를 온시킴으로써, 주 스위칭 소자가 온으로 되기 전에 기생용량의 전하를 방전시키는 것이다. 이렇게 하면, 주 스위칭 소자가 온할 때에는 거의 제로볼토로 전류가 흐르기 시작하게 된다.
그런데, 이 회로에서는, 주 스위칭 소자와 보조 스위칭 소자를 미묘한 타이밍으로 교대로 온.오프시키지 않으면 않되는, 복잡한 제어회로가 필요하게 된다. 결국 링잉 초크 컨버터와 같은 여자방식에는 적용할 수가 없다. 또한, 상기 회로에서는 주 스위칭 소자가 오프기간중 쭉 보조 스위칭 소자와 콘덴서에 전류가 흐르고, 더구나 이 전류는 주 스위칭 소자가 온일 때에 흐르는 전류와 거의 동등한 값이다. 그 때문에, 보조 스위칭 소자에는 주 스위칭 소자와 동등한 정격인 것, 또한 콘덴서도 큰 전류정격인 것을 사용할 필요가 있고, 새로이 주 스위칭 소자와 같은 정도의 전력손실이나 잡음이 발생하게 되어 버린다. 이것으로는, 주 스위칭 소자의 전력손실을 저감하여도, 전원 전체로서의 손실은 크게 저감할 수가 없다.
이 고안의 목적은, 소수의 전류용량의 작은 부품으로 구성되는 간단한 회로를 추가하는 것만으로 전려손실을 저감할 수 있고, 잡음발생을 억제할 수 있는 링잉 초크 컨버터를 제공함에 있다.
이 고안은 직류입력에 대하여 변압기의 1차 권선과 전계효과 트랜지스터로 구성되는 주 스위칭 소자를 직렬로 접속하고, 상기 변압기의 구동권선에 유기하는 전압을 주 스위칭 소자의 게이트에 인가함으로써 여자발진하는 스위칭부와, 상기 스우칭부의 여자발진에 따른 변압기의 2차 권선에 발생하는 플라이백 전압을 정류 평활화하는 출력부를 구비한 링잉 초크 컨버터이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 이 고안은, 콘덴서와 방전용 스위칭 소자와 저항과 다이오드로 구성되며, 변압기의 1차측 혹은 2차측에 설치하는 방전회로와, 저항과 콘덴서로 구성되며 변압기의 구동권선에 접속하는 시정수 회로를 구비하고 있는 점에 그 특징이 있다.
방전회로를 변압기의 1차측에 설치하는 경우는, 직류입력의 플러스측에 접속한 변압기의 1차 권선의 일끝단에 콘덴서를 접속하고, 상기 콘덴서에 직렬로 저항을 접속하고, 상기 저항에 방전용 스위칭 소자(Q3)의 드레인을 접속하고, 소오스를 변압기의 1차 권선에 접속하고, 게이트를 1차 권선의 다른 끝단에 권선을 감마보탠 탭에 접속하고, 상기 방전용 스위칭 소자의 소오스에 다이오드의 애노드를 접속하고, 상기 콘덴서의 저항접속측에 다이오드의 캐쏘드를 접속하는 구성으로 한다.
또한 방전회로를 변압기의 2차측에 설치할 경우에는, 직류출력(Vout)의 마이너스측에 변압기의 2차 권선의 일끝단에 콘덴서를 접속하고, 상기 콘덴서에 직렬로 저항을 접속하며, 상기 저항에 방전용 스위칭 소자의 드레인을 접속하고, 소오스를 변압기의 2차 권선의 다른끝단에 접속하고, 게이트를 2차 권선의 다른끝단에 권선을 감아보탠 탭에 접속하고, 상기 방전용 스위칭 소자의 소오스에 다이오드의 애노드를 접속하고, 상기 콘덴서의 저항접속측에 다이오드의 캐쏘드를 접속한 구성으로 한다. 더구나, 시정수 회로는 상기 변압기의 구동권선에 저항을 직렬 접속하고, 콘덴서를 병렬 접속한 구성이다.
주 스위칭 소자가 오프한 직후에는 드레인 전류가 영으로 되며, 드레인 전압은 드레인-소오스간의 기생용량에 충전을 하면서 증가하기 시작한다. 동시에 방전회로에서는 전류가 다이오드를 통하여 흐르고 콘덴서는 충전된다. 변압기에 축적된 에너지가 2차측으로 방출됨에 따라 주 스위칭 소자의 드레인 전압은 감소한다.
이윽고, 방전회로의 콘덴서에 측적되어 있던 전하가 저항과 방전용 스위칭 소자와 1차 권선을 통하여 순간적으로 흐르고, 그 전류가 인덕턴스에 의해 계속 흐른다. 그 때문에 드레인 전압은 급격히 영 혹은 마이너스로까지 저하함과 동시에 드레인-소오스간의 기생용량의 전하가 방전한다. 드레인 전압이 저하하는 도중에 변압기의 구동권선은 주 스위칭 소자를 구동하기 시작하나, 시정수 회로에 의해 지연되고, 드레인 전압이 영이 되기 시작하여 주 스위칭 소자를 구동하게 된다.
또한, 방전회로가 변압기의 2차측에 배치되어 있는 경우도, 기본적으로는 마찬가지이고, 주 스위칭 소자의 드레인-소오스간에 존재하는 기생용량의 전하를, 주 스위칭 소자가 온하기 이전에 방전시켜서, 상기 주 스위칭 소자에 걸리는 전압이 제로 볼트시에 전류가 흐르기 시작하도록 되어 있다.
이하, 이 고안의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라서 상세히 설명한다.
제1도는 이 고안에 따른 링잉 초크 컨버터의 일 시시예를 나타낸 회로도이다.
이 링잉 초크 컨버터의 본체부분은 기본적으로는 제4도에 나타낸 종래기술과 거의 마찬가지이므로 설명을 간략화하기 위해 대응하는 부품에는 동일부호를 부여한다. 여자발진에의하여 직류입력을 스위칭하는 스위칭부(10)와, 변압기(T)의 2차측 출력을 정류 평활하는 출력부(12)와, 그 출력을 안정화시키는 제어부(14)로 이루어진다. 스위칭부(10)는 직류입력(Vin)에 대하여 변압기(T)의 1차 권선(N1)과 주 스위칭 소자(S)를 직렬로 접속하고, 상기 변압기(T)의 구동권선(N3)에 유기하는 전압을 주 스위칭 소자(S)의 게이트에 인가하는 구성이다.
그런데, 이 실시예에서는 변압기(T)의 1차측에 방전히로(16)를 배치하고, 변압기(T)의 구동권선(N3)에 시정수 회로(18)를 설치하고 있다. 방전회로(16)는 콘덴서(C3), 전계효과 트랜지스터의 방전용 스위칭 소자(Q3), 저항(R3), 다이오드(D1)로 구성된다. 콘덴서(C3)는 직류입력의 플러스측에 접속한 변압기의 1차 권선의 일끝단에 접속하고, 이 콘덴서(C3)에 직렬로 저항(R3)을 접속한다.
방전용 스위칭 소자(Q3)는 드레인을 저항(R3)에 접속하고, 소오스를 변압기(T)의 1차 권선(N1)에 접속하고, 게이트를 1차 권선(N1)의 다른 끝단에 권선을 감아보탠 탭(t1)에 접속하고 있다.
다이오드(D1)는 방전용 스위칭 소자(Q3Z)의 소오스에 애노드를 접속하고, 콘덴서(C3)의 정항 접속측에 캐쏘드를 접속한다. 시정수회로(18)는 구동권선(N3)에 병렬 접속한 콘덴서(C4)와, 직렬 접속한 전류제한저항(R4)으로 구성된다.
이 링잉 초크 컨버터의 기본적 동작은, 종래 기술에서 설명한 바와 같으므로, 여기서는 방전회로(16)와 시정수 회로(18)의 동작을 중심으로 설명한다.
제2도는 주 스위칭 소자(S)의 드레인 전압(Vds), 드레인 전류(1d) 및 방전회로(16)의 콘덴서(C3)를 흐르는 전류 (1c)의 파형도이다.
주 스위칭 소자(S)가 오프한 직후는 제2도에 나타낸 바와같이, 드레인 전류(1d)가 급격히 감소하여 영으로 되며, 드레인 전압(Vds)은 기생용량(C1) 및 등가적으로 부가한 콘덴서(C2)를 충전하면서 증대한다. 동시에, 방전회로(16)의 콘덴서(C3)에는 다이오드(D1)를 통하여 전류가 흐르고 충전된다.
변압기(T)에 축적된 에너지가 2차측에 방출되면, 주 스위칭 소자(S)의 드레인 전압(Vds)은 내려가기 시작한다. 그리고 방전용 스위칭 소자(Q3)가 도통하여, 콘덴서(C3)에 축적되어 있는 전하가 저항(R3)을 통하여 방전한다.
이 전류는, 1차 권선(N1)에 순간적으로 흐르고, 그것이 1차 권선(N1)의 인덕턴스에 의해 계속한다. 그 때문에 드레인 전압(Vds)은 급격히 영 혹은 마이너스로까지 떨어짐과 동시에, 드레인-소오스간의 기생용량(C1)과 콘덴서(C2)DP 축적되어 있는 전하가 방전한다. 드레인 전압(Vds)이 떨어지는 도중에 변압기(T)의 구동권선(N3)의 유기전압은 주 스위칭 소자(S)를 구동하기 시작하나, 시정수 회로(18)에 의해 지연되기 때문에 드레인 전압(Vds)이 영이 되기 시작하여 주 스위칭 소자(S)가 구동된다. 이렇게 해서 주 스위칭 소자(S)가 온하고, 드레인 전류(1d)가 증가하기 시작한다.
제3도는 이 고안에 따른 링잉 초크 컨버터의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다. 이것은 방전회로(20)를 변압기(T)의 2차측에 배치한 예이다. 이 방전회로(20)는 직류출력(Vout)의 마이너스측에 변압기(T)의 2차 권선(N2)의 일끝단에 콘덴서(C5)를 접속하고, 상기 콘덴서(C5)에 직렬로 저항(R5)을 접속하고, 상기 저항(R5)에 방전용 스위칭 소자(Q4)의 드레인을 접속하고, 소오스를 변압기(T)의 2차 권선(N2)의 다른 끝단에 접속하고, 게이트를 2차 권선(N2)의 다른 끝단에 권선을 감아 보탠 탭(t2)에 접속하고, 방전용 스위칭 소자(Q4)의 소오스에 다이오드(D2)의 애노드를 접속하고, 콘덴서(C5)의 저항 접속측에 다이오드(D2)의 캐쏘드를 접속한 구성이다. 한편, 시정수 회로(18)는 상기 실시예와 같은 구성이고 변압기(T)의 구동권선(N3)에 접속하고 있다.
이 구성에서도, 주 스위칭 소자(S)가 온으로부터 오프로 바뀌면, 변압기(T)에 축적되어 있는 에너지는 2차측에 방출되고, 출력부(12)를 통하여 정류 평활화된 직류출력(Vout)을 발생한다. 동시에 방전회로(20)의 콘덴서(C5)에도, 다이오드(D2) 및 방전용 스위칭 소자(Q4)를 통하여 전류가 흐르고, 충전한다. 이윽고 2차 권선(N2)의 출력전압이 감소하여 오면 방전용 스위칭 소자(Q4)가 도통하고, 콘덴서(C5)에 축적되어 있는 전하가 저항(R5)을 통하여 방전하고, 2차 권선(N2)에 전류가 순간적으로 흐른다. 그것에 의하여 1차 권선(N1)에도 전압이 유기되고, 드레인-소오스간의 기생용량(C1)과 콘덴서(C2)의 축적전하가 방전되게 된다. 이 경우도 드레인 전압이 떨어지는 도중으로 변압기(T)의 구동권선(N3)의 유기전압은 주 스위칭 소자(S)를 구동하기 시작하나, 시정수 회로(18)에 의해 지연되고, 드레인 전압이 영이 되어 비로소, 주 스위칭 소자(S)를 구동하는 것이 된다. 이와 같이 하여 제로볼트 스위칭이 행해진다.
이 고안은 상기와 같이 주 스위칭 소자의 기생용량의 방전회로와 주 스위칭 소자의 동작을 지연하는 시정수 회로를 부가설치하였으므로, 주 스위칭 소자가 온이 되기 직전에 드레인-소오스간의 기생용량의 전하를 방전하고, 제로볼트 스위칭을 행할 수가 있다. 그 때문에 주 스위칭 소자자에 발생하는 전력손실을 저감할 수 있고, 동시에 주 스위칭 소자에 흘러드는 급한 전류나 전압을 억제할 수 있으며, 잡음의 발생도 엑제할 수가 있다.
또한, 이 고안에서는 방전회로의 방전용 스위칭 소자나 콘덴서등에 흐르는 전류는 작고, 또한 흐르는 시간도 매우 짧기 때문에 전류정격이 작은 것이 사용될 수 있다. 또한 추가하는 회로는 간단한 구성이다. 이들 때문에, 컨버터가 대형화하는 것은 아니고, 코스트 상승도 극히 약간으로 그친다.

Claims (2)

  1. 직류입력에 대하여 변압기의 1차 권선과 전계효과 트랜지스터로 구성되는 주 스위칭 소자를 직렬로 접속하고, 상기 변압기의 구동권선에 유기하는 전압을 주 스위칭 소자의 게이트에 인가함으로써 여자발진하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 여자발진에 따른 변압기의 2차 권선에 발생하는 플라이백 전압을 정류평활하는 출력부를 구비한 링잉 초크 컨버터에 있어서, 직류입력의 플러스측에 접속한 변압기의 1차 권선의 일끝단에 접속한 콘덴서와, 상기 콘덴서에 직렬로 접속한 저항과, 상기 저항에 직렬로 드레인을 접속하고 상기 변압기의 1차 권선의 다른 끝단에 소오스를 접속하여 상기 1차 권선의 다른 끝단에 권선을 감아 보탠 탭에 게이트를 접속한 전계효과 트랜지스터로 구성되는 방전용 스위칭 소자와, 상기 방전용 스위칭 소자의 소오스에 애노드를 접속하고 상기 콘덴서의 저항 접속측에 캐쏘드를 접속한 다이오드로 이루어지는 방전회로를 구비하고, 또한, 상기 변압기의 구동권선에 직렬 접속한 저항과 병렬 접속한 콘덴서로 구성되는 시정수 회로를 구비한 링잉 초크 컨버터.
  2. 직류이비력에 대하여 변압기의 1차 권선과 전계효과 트랜지스터로 구성되는 주 스위칭 소자를 직렬로 접속하고, 상기 변압기의 구동권선에 유기하는 전압을 주 스위칭 소자의 게이트에 인가함으로써 여자발진하는 스위칭부와, 이 스위칭부의 여자발진에 따른 변압기의 2차 권선에 발생하는 플라이백 전압을 정류형활하는 출력부를 구비한 링잉 초크 컨버터에 있어서, 상기 출력부의 마이너스측에 접속한 변압기의 2차 권선의 일끝단에 접속한 콘덴서와, 상기 콘덴서에 직렬로 접속한 저항과, 상기 저항에 직렬로 드레인을 접속하고 상기 변압기의 2차 권선의 다른 끝단에 소오스를 접속하고 상기 2차 권선의 다른 끝다나에 권선을 감아 보탠 탭에 게이트를 접속한 전계효과 트랜지스터로 구성되는 방전용 스위칭 소자와, 상기 방전용 스위칭 소자의 소오스에 애노드를 접속하고 상기 콘덴서의 저항 접속측에 캐쏘드를 접속한 다이오드로 이루어지는 방전회로를 구비하고, 또한, 상기 변압기의 구동권선에 직렬 접속한 저항과 병렬 접속한 콘덴서로 구성되는 시정수 회로를 구비한 링잉 초크 컨버터.
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